一种雪深探测仪器及探测方法技术

本发明专利技术公开了一种雪深探测仪器及探测方法，探测仪器包括三维激光雷达、供电系统、数据采集器、无线通讯模块和支架，所述三维激光雷达与所述供电系统和所述数据采集器相连，所述数据采集器与所述无线通讯模块相连；所述三维激光雷达设置在所述支架的顶端。优点是：由于雪厚是不均匀的，传统的方式个测量一平米左右；而采用三维扫描式激光雷达，获取现场雪表面的点云数据，能够有效的扩展测量区域，为计算雪深数据支撑；采用数据采集器在现场控制三维激光雷达，实时获取点云数据，通过点云数据计算获取雪深数据，提高了检测精度和检测效率。通过延长扫描时间和采用3B级强激光头的方式，解决激光在冰雪表面反射率地的问题，保证获取有效的点云数据。获取有效的点云数据。获取有效的点云数据。

【技术实现步骤摘要】
一种雪深探测仪器及探测方法


[0001]本专利技术涉及雪深探测
，尤其涉及一种雪深探测仪器及探测方法。

技术介绍

[0002]积雪深度是地面气象观测业务的基本要素之一，对于气象服务具有重要的意义。传统雪深测量以人工观测为主，通过人工读取测雪尺刻度的方法获取雪深数据，虽然应用简易方便，但具有时空密度小，数据连续性差的弊端。因此，随着最近以来自动气象监测的发展。一些自动化监测雪深的仪器不算涌现。但是也有一些局限性,迫切需要一种高精度高覆盖面的雪深观测仪器。
[0003]现有的雪深探测方式主要分为人工观测方法和自动观测方法。通过人工读取测雪尺刻度的方法获取雪深数据，自动观测的仪器有超声波方法，红外测距，激光测距，视频图片处理等，下面分别介绍以下几种仪器。
[0004]1、超声波测量距离传感器，如图1所示；通过传感器向雪面发送超声波，根据超声波在空气中的传播速度和收到回波的时间来计算距离，从而获得到雪深数据。超声波在空气中的传输因为温度的变化而不同，所以需要进行温度校正。这个测量的精度不如激光测量，这个仪器的测量区域是一个圆，圆的直径是高度的0.268倍，具有一定的代表性，但是还不够大，探测范围小。
[0005]2、激光测距离，这个设备精度比超声波精度高，但是测量的是一个点，由于雪面凸凹不平，所以测量的面积代表性有欠缺。
[0006]3、激光多点测量雪深的仪器，如图2所示，通过旋转激光发射器，可以发出36或者以上的数量个点的激光来进行测距，然后进行统计；但是这种激光多点测量雪深的仪器价格非常昂贵；这个很好的解决了第2点介绍的激光测距仪的不足，但是代表性还是没有质的突破。
[0007]4、通过图像视觉方法计算来获取雪深。但是，通过图像计算获取雪深，也存在算法复杂，对采集器要求高，存储图片和传输图片繁琐等问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种雪深探测仪器及探测方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0010]一种雪深探测仪器，包括三维激光雷达、供电系统、数据采集器、无线通讯模块和支架，所述三维激光雷达与所述供电系统和所述数据采集器相连，所述数据采集器与所述无线通讯模块相连；所述三维激光雷达设置在所述支架的顶端。
[0011]优选的，所述探测仪器包括旋转云台，所述旋转云台底端与所述支架的顶端相连，所述旋转云台的顶端与所述三维激光雷达相连，所述三维激光雷达可在所述旋转云台的带动下绕所述支架的顶端旋转。
[0012]优选的，所述三维激光雷达为机械式激光雷达或线扫描激光雷达。
[0013]优选的，所述无线通讯模块为4G无线通讯模块和/或5G无线通讯模块和/或卫星通讯模块。
[0014]优选的，所述供电装置为太阳能供电系统和/或风能供电系统和/或交流电供电系统；
[0015]所述太阳能供电系统包括太阳能控制器、太阳能采集板组件和电控角度调整支架，所述太阳能采集板组件设置在所述电控角度调整支架上，所述电控角度调整支架通过角度调整实现所述太阳能采集板组件的太阳跟随和翻转除雪。
[0016]优选的，所述数据采集器包括时钟单元、存储单元和通讯单元，所述时钟单元能够设置定时时间，所述存储单元能够存储所述数据采集器接收的数据，所述通讯单元用于连接无线通讯模块。
[0017]优选的，所述数据采集器中还设置有用于存储所述数据采集器接收的数据的SD卡。
[0018]本专利技术目的还在于提供一种雪深探测方法，所述探测方法使用任一所述的探测仪器实施；所述探测方法包括如下步骤
[0019]S1、数据采集器根据其内部定时时间，向所述三维激光雷达发出测量命令；
[0020]S2、所述三维激光雷达接收测量命令进行握手，握手成功后开始扫描待测积雪；
[0021]S3、三维激光雷达将其扫描获取的待测积雪的现场点云数据，传输给数据采集器；
[0022]S4、数据采集器将其接收的待测积雪的现场点云数据进行存储和解析计算，获取雪深数据。
[0023]优选的，所述雪深数据的计算方式为，
[0024]获取第一时间段内待测积雪的现场点云数据，根据第一时间段内待测积雪的现场点云数据计算获取待测积雪的第一DEM数据；
[0025]获取第二时间段内待测积雪的现场点云数据，根据第二时间段内待测积雪的现场点云数据计算获取待测积雪的第一DEM数据；
[0026]根据计算第一DEM数据和第二DEM数据的差值，使用差值除以待测积雪的面积，获取待测积雪的雪深。
[0027]优选的，当待测积雪为冰雪时，可以延长扫描时间或采用3B级强激光头的三维激光雷达，获取有效的待测积雪的现场点云数据。
[0028]本专利技术的有益效果是：1、采用三维扫描式激光雷达，获取现场雪表面的点云数据，为计算雪深数据支撑；采用数据采集器在现场控制三维激光雷达，实时获取点云数据，通过点云数据计算获取雪深数据，提高了检测精度和检测效率。2、通过延长扫描时间和采用强激光头的方式，解决激光在冰雪表面反射率地的问题，保证获取有效的点云数据。3、采用旋转云台，可以使三维激光雷达的探测范围更广。4、相对于现有技术有着质量的改变，区域的扩大有很重要意义，因为地形原因，风吹雪原因，辐射日照升华，使得各个地域的雪厚差别很大，实现这样面积雪深测量，可以更准确的预估积雪量，雪水当量，雪密度，为洪水预警，水能源预测，流域管理等提供重要数据；采用300米距离的激光雷达，可以实现2-3平方公里面积的扫描；采用2000米距离的激光雷达，可以实现几十平方公里面积的雪深监测。
附图说明
[0029]图1是现有技术中超声波测量距离传感器的探测示意图；
[0030]图2是现有技术中激光多点测量雪深的仪器探测的示意图；
[0031]图3是本专利技术实施例中雪深探测仪器的结构示意图；
[0032]图4是现有技术中的雪深探测仪器的探测范围示意图；
[0033]图5是本专利技术实施例中雪深探测仪器的探测范围示意图；
[0034]图6是本专利技术实施例中探测方法的流程示意图。
具体实施方式
[0035]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0036]实施例一
[0037]如图3所示，本实施例中，提供了一种雪深探测仪器，包括三维激光雷达、供电系统、数据采集器、无线通讯模块和支架，所述三维激光雷达与所述供电系统和所述数据采集器相连，所述数据采集器与所述无线通讯模块相连；所述三维激光雷达设置在所述支架的顶端。
[0038]本实施例中，所述探测仪器包括旋转云台，所述旋转云台底端与所述支架的顶端相连，所述旋转云台的顶端与所述三维激光雷达相连，所述三维激光雷达可在所述旋转云台的带动下绕所述支架的顶端旋转。
[0039本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种雪深探测仪器，其特征在于：包括三维激光雷达、供电系统、数据采集器、无线通讯模块和支架，所述三维激光雷达与所述供电系统和所述数据采集器相连，所述数据采集器与所述无线通讯模块相连；所述三维激光雷达设置在所述支架的顶端。2.根据权利要求2所述的雪深探测仪器，其特征在于：所述探测仪器包括旋转云台，所述旋转云台底端与所述支架的顶端相连，所述旋转云台的顶端与所述三维激光雷达相连，所述三维激光雷达可在所述旋转云台的带动下绕所述支架的顶端旋转。3.根据权利要求1所述的雪深探测仪器，其特征在于：所述三维激光雷达为机械式激光雷达或线扫描激光雷达。4.根据权利要求1所述的雪深探测仪器，其特征在于：所述无线通讯模块为4G无线通讯模块和/或5G无线通讯模块和/或卫星通讯模块。5.根据权利要求1所述的雪深探测仪器，其特征在于：所述供电装置为太阳能供电系统和/或风能供电系统和/或交流电供电系统；所述太阳能供电系统包括太阳能控制器、太阳能采集板组件和电控角度调整支架，所述太阳能采集板组件设置在所述电控角度调整支架上，所述电控角度调整支架通过角度调整实现所述太阳能采集板组件的太阳跟随和翻转除雪。6.根据权利要求1所述的雪深探测仪器，其特征在于：所述数据采集器包括时钟单元、存储单元和通讯单元，所述时钟单元能够设置定时时间，所述存储单元能够存储所述数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：何晓波，陈成，余杰，
申请(专利权)人：北京华益瑞科技有限公司，
类型：发明
国别省市：